由于铁路交通线速度快、运量大的特点，在全面抗战期间成为“前送兵力、弹药、汽油、被服、粮食，后运伤病员等的一条生命线”。通常情况下，铁路运兵速度是军队日常行军速度的5倍以上。日寇的技术和装备水平更先进，加之侵略行径处心积虑，对当时中国交通条件落后、地域广阔的实际情况非常了解，因此日寇对侵略战争中铁路的重要性一直高度重视。
早在1931年“九一八”事变后，吉林自卫军北进占领哈尔滨，与占领奉天（今辽宁省）和吉林两省的日寇关东军对抗，由于通往哈尔滨的重要铁路哈绥线除几个大站外，多数车站都在地方武装红枪会、大刀会手中，日寇难以通过火车运输部队和给养，遂通过地方士绅与红枪会、大刀会的首领磋商，以提供粮饷、弹药和服装为条件请求允许火车通行。但待日寇迅速调运大量军队击溃了吉林自卫军后，反手又迫使红枪会、大刀会等离开了铁路沿线，并将其拆散补充了新成立的“伪满洲国”军队，从此完全掌控了哈绥铁路及沿线地区。
抗战期间的中国军队对于铁路运输的便利也是深有体会。徐州会战前，滇军第60军乘火车从武汉赴徐州，700多公里路程仅用3天；而川军第22集团军从四川步行至宝鸡，同样距离则费时月余。此外，铁路运输对重炮等重型装备长途转运也至关重要。1942年，远征军第96师从密支那北撤回国，所有重武器全靠人力转运，累死者达1500余人，即便如此，所有大炮还是在中途放弃了。据统计，抗战期间铁路所运送的中方军队达2743万人次，军需物资约543万吨。
除了投送兵力等传统功能以外，铁路系统为参加抗战的中国军队提供了通讯和指挥方面的便利。由于技术落后，当时中国的无线电存在易泄密、易受干扰、接收不准确和不能全天候使用等缺点，战场指挥官更偏爱有线通讯，而铁路沿线往往存在便捷、健全的通讯系统，所以在战时往往会被直接征用，战场指挥部也往往设在火车站。
如：1938年3月台儿庄战役期间，军令部曾建议担任指挥的李宗仁，其将第五战区指挥部迁往安徽亳县，但李宗仁坚持留在徐州，理由之一就是徐州为津浦铁路重要枢纽，电话电报系统健全。4月24日，徐州会战最激烈的时刻，蒋介石本人也乘坐火车到达距战场仅数公里的车福山车站，并现场召集第60军军长卢汉等高级将领开会，安排部署作战事宜。
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